Keď v roku 1927 Alexej Tolstoj dokončil prácu na svojom novom románe „Hyperboloid inžiniera Garina“, ťažko si myslel, že sa niekedy bude nazývať autorom laserového nápadu a vizionárom, ktorý predpovedal vznik novej vedeckej a technickej disciplíny - fotoniky. Ale v jednej veci sa jeho predvídavosť ukázala ako stopercentná: „hyperboloidy“skutočne obrátia svet naruby.
KVANTOVÝ LÚČ
Prvýkrát „lúče tepla“, ktoré spaľujú všetko naokolo, opísal HG Wells v románe „Vojna svetov“, ktorý vyšiel v roku 1898. Táto myšlienka sa zdala produktívna: autori sci-fi, novinári, ba dokonca aj autoritatívni vedci začali diskutovať o hypotetických lúčoch. Napríklad slávny vynálezca Nikola Tesla tvrdil, že pracuje na „lúčoch smrti“(nazval ich Teleforce), ktoré boli „koncentrovaným lúčom častíc“a mali by podľa jeho plánu zastaviť všetky vojny, pretože proti nim neexistuje obrana. Bohužiaľ, ale mierotvorné „lúče smrti“boli zjavne z tých vynálezov Tesly, ktoré sa mu nepodarilo uviesť do života.
Na skutočný spôsob vytvárania lúčov s vysokou energiou poukázal Albert Einstein, ktorý v roku 1916 predložil hypotézu o existencii stimulovaného žiarenia. Povedal, že je skutočne možné uviesť atómy ľubovoľného objektu do excitovaného stavu, po ktorom začne aktívne emitovať fotóny a v požadovanom rozsahu spektra. Neskôr Paul Dirac odôvodnil Einsteinovu hypotézu v rámci kvantovej mechaniky a v roku 1928 sa získalo experimentálne potvrdenie existencie stimulovaného žiarenia.
Na vzhľad prvých zariadení schopných vyžarovať smerový lúč s vysokou energiou však bolo treba počkať. Priorita v tejto oblasti patrí americkému fyzikovi Theodorovi Maimanovi. 16. mája 1960 predviedol kolegom prácu prvého laseru - optického kvantového generátora, ktorý dostal svoje meno podľa skratky LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Ako aktívne médium (tj. Objekt v excitovanom stave) použil Maiman umelý rubínový kryštál, ktorý bol ožiarený plynovou výbojkou a vyžaroval úzko smerovaný svetelný tok. Fyzik následne založil vlastnú spoločnosť Corad Corporation, ktorá sa stala popredným vývojárom vysokovýkonných laserov.
BUDÚCNOSŤ LASEROV
Propagačné video:
Je ťažké si predstaviť moderný svet bez laserov. Používajú sa takmer všade. Schopnosť laserov vytvárať vysoko výkonný tok energie umožňuje ich použitie v priemysle: na rezanie, zváranie, spájkovanie, značenie a gravírovanie. Pretože lúč je možné zamerať na bod s veľkosťou mikrónov, je ideálny na vytváranie dosiek plošných spojov a polovodičových spojov. Presná smerovosť lúča umožňuje vytvárať čítacie zariadenia a lekárske vybavenie. Atď.
Boli urobené pokusy o výrobu lúčových zbraní. Napríklad americkí vojenskí inžinieri skonštruovali laserový systém SHEL na nasadenie do špeciálneho lietadla Boeing 747 YAL-1. Bol navrhnutý na zostreľovanie nepriateľských balistických rakiet. Na projekt bolo vynaložených viac ako 5 miliárd dolárov a počas testov, ktoré sa uskutočnili vo februári 2010, laser dokonca zostrelil tri cieľové rakety. Pre nezrovnalosti medzi skutočnými a deklarovanými charakteristikami bol však projekt ukončený.
Bojové lasery však možno použiť na mierové účely. Na základe automobilového komplexu pre boj proti raketám, postaveného v sovietskych časoch, bola vyvinutá snaha špecialistov z Troitského ústavu pre inovatívny a fúzny výskum, inštalácia uhlíkového laseru MLTK-50. Vynikajúce výsledky preukázal pri hasení požiaru plynového vrtu v Karačajevsku, rozbití horninového masívu, dekontaminácii betónového povrchu v jadrovej elektrárni odlúpnutím a spálením ropného filmu na povrchu vodnej plochy. Okrem toho sa na jeho základe plánuje vytvoriť lasery na obnovu trecích povrchov rôznych priemyselných jednotiek a dokonca na ničenie škodlivého hmyzu, ako sú kobylky.
ZÁKLADY FOTONIKY
Je zrejmé, že laserové technológie sa budú ďalej rozvíjať. Najsľubnejšími oblasťami ich použitia sú holografické obrazovky, termonukleárna energetika, výskumné systémy medziplanetárnych vozidiel. Ale relatívne nedávno sa v aplikovanej vede objavil smer, ktorý môže spôsobiť revolúciu v celej modernej elektronickej základni. Hovoríme o fotonike, ktorá sa venuje základnému a praktickému výskumu v oblasti využívania optických signálov. V skutočnosti je to analogické s elektronikou, namiesto elektrónov sa používajú iba fotóny emitované lasermi.
Je zaujímavé, že fotonika sa „narodila“na Leningradskej štátnej univerzite: v roku 1970 tam dokonca vzniklo zodpovedajúce oddelenie a jeho zakladateľom sa stal sovietsky akademik Alexander Nikolaevič Terenin. Od tohto okamihu sa začala rozvíjať vedecká škola, ktorá z našej krajiny urobila lídra vo fotonike. Najznámejším zariadením vyvinutým na jeho princípoch sú káble z optických vlákien, ktoré dramaticky zvýšili priepustnosť informačných kanálov.
Dnes sa hlavná práca v oblasti fotoniky vykonáva na ruských univerzitách a v Nadácii pre pokročilý výskum; celkovo je zamestnaných viac ako 850 organizácií. Začal sa napríklad projekt na modernizáciu radarových zariadení, ktoré má naša armáda k dispozícii. Prechod z elektronickej na fotonickú základňu umožní zmenšiť veľkosť radarových staníc (viacpodlažná budova sa zmení na malú dodávku) a zvýšiť ich účinnosť (zvýši sa rozlíšenie a imunita voči elektromagnetickému rušeniu). Je pozoruhodné, že vývojári okamžite myslia na civilné použitie tejto technológie: kompaktné radary môžu byť použité vo vysokorýchlostných vlakoch a automobiloch na okamžité zistenie prekážok. Táto technológia sa navyše použije na vytvorenie „inteligentného“plášťa lietadla, vďaka ktorému sa celý trup zmení na silný radar,umožnenie pilotom vidieť všetko, čo sa počas letu deje okolo ich „boku“.
FOTONOVÝ SVET
Fotonika sa vyvíja niekoľkými smermi. Najmladšou z nich sú optoinformatika a rádiofotonika. Ich účel vyplýva z názvu: majú nahradiť existujúce počítačové a sieťové technológie. Aby sme ukázali výhody, ktoré fotonika poskytuje v tejto oblasti, stačí spomenúť, že ultrarýchly fotonický prepínač vytvorený na Moskovskej štátnej univerzite umožňuje zvýšiť rýchlosť prenosu informácií cez optický kábel na stovky terabitov za sekundu (limit pre moderné káble je sto terabitov za sekundu). Vznik fotonickej komunikácie, ktorá nahradí klasickú, tiež umožňuje znížiť spotrebu energie na polovicu a podľa toho aj náklady na ukladanie a ukladanie dát. Napríklad v USA dátové centrá už spotrebúvajú 2% všetkej vyrobenej energie,a úspory pri prechode na fotóny budú veľmi významné.
Výzvou do blízkej budúcnosti je vytvorenie fotonického počítača, o ktorom sa predpokladá, že vo výkonnosti výrazne prekoná polovodičové systémy. Jeho spojenie s vysokorýchlostnou optickou komunikáciou a povrchmi citlivými na svetlo otvára cestu k vzniku inteligentných zariadení zásadne nového typu - miniatúrnych a mobilných, ale zároveň schopných spracovávať nekódované informácie a samoučiť sa. Je vysoko pravdepodobné, že práve z fotoniky sa jedného dňa narodí umelá inteligencia.
V románoch moderných autorov sci-fi možno nájsť super-bytosti „utkané“zo svetelných a silových polí, silné a benevolentné. Možno sa tento obraz ukáže ako prorocká vízia - rovnako ako sa ukázalo, že obrazy „tepelných lúčov“a „hyperboloidu“sú prorocké.
Anton Pervušin